C++:多态究竟是什么?为何能成为面向对象的重要手段之一?
前言
本篇博客基于VS2019X86环境下,后续关于多态原理相关验证都是基于vsX86环境,而虚表本质上是一个虚函数指针数组,在X86环境下VS编译器会在数组最后放一个unllptr!!
一、多态的概念
多态指同一个行为,当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。比如买票这个行为,当普通人买票时,是全价买票;学生买票时,是半价买票;军人买票时是优先买票。
二、多态的定义及实现
2.1 多态的构成条件
多态是指不同继承关系的类对象,去调用同一函数,产生了不同的行为。但在继承中要构成多态还有两个条件:
- 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数。
- 被调用的函数必须是虚函数,且派生类必须对基类的虚函数进行重写。
比如Student继承了Person。Person对象买票全价,Student对象买票半价:
class Person
{
public:
virtual void BuyTicket()//被virtual修饰的类成员函数称为虚函数
{
cout << "买票全价" << endl;
}
};
class Student : public Person
{
public:
virtual void BuyTicket()//对基类虚函数重写
{
cout << "买票半价" << endl;
}
};
void Func(Person& people)
{
people.BuyTicket();
}
int main()
{
Person p;
Func(p);//涉及赋值兼容规则
Student s;
Func(s);
return 0;
}
【运行结果】:
2. 2 虚函数
虚函数:即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。
class Person {
public:
//BuyTicket()为虚函数
virtual void BuyTicket() {
cout << "买票-全价" << endl;}
};
2.3 虚函数的重写
虚函数的重写(覆盖):派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同),称子类的虚函数重写了基类的虚函数。
- 派生类的虚函数在不加virtual关键字时,我们认为也构成重写。原因在于,我们认为虚函数的重写继承了基类虚函数的接口,在派生类中重写实现。
class Person {
public:
virtual void BuyTicket() {
cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
virtual void BuyTicket() {
cout << "买票-半价" << endl; }
/*注意:在重写基类虚函数时,派生类的虚函数在不加virtual关键字时,虽然也可以构成重写(因
为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范,不建议
这样使用*/
/*void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }*/
};
void Func(Person& p)
{
p.BuyTicket();
}
int main()
{
Person p;
Student s;
Func(p);
Func(s);
return 0;
}
2.3.1 虚函数重写的例外1:协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)
派生类重写基类虚函数时,与基类虚函数返回值类型可以不同,但必须是父子类关系的指针或者引用。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用,派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用,称为协变。
class A {
};
class B : public A {
};
class Person
{
public:
virtual A* f() {
return new A; }
};
class Student : public Person
{
public:
virtual B* f() {
return new B; }
};
2.3.2 虚函数重写的例外2:析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)
如果基类的析构函数为虚函数,此时派生类析构函数只要定义,无论是否加virtual关键字,都与基类的析构函数构成重写。虽然函数名不相同,看起来违背了重写的规则,其实不然,这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理,编译后析构函数的名称统一处理成destructor。
【实例】:
class Person {
public:
virtual ~Person() {
cout << "~Person()" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
virtual ~Student() {
cout << "~Student()" << endl; }
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数,下面的delete对象调用析构函
//数,才能构成多态,才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。
int main()
{